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在脊椎动物发育的各个事件中,属于不同家族的各种转录因子通过调控大量基因的表达扮演着不可或缺的角色,因此,对转录因子上下游基因及其调控分子机制的研究是发育生物学中的重要课题。T-box家族是一个重要的转录因子家族,该家族的成员基因在胚胎发育中有多种功能。XTbx6是这个家族的成员,先前的研究工作提示它在中胚层的发育和胚胎后方的发育中发挥重要的作用。通过在非洲爪蟾(Xenopus laevis)中的研究,本文探讨了在脊椎动物早期发育过程中,XTbx6如何在两个发生于不同时期的重要事件-原肠运动和胚胎后方发育-中起作用。
原肠运动(gastrulation)是胚胎发育中最早发生的形态建成运动(morphogenesis),通过原肠运动,构成动物身体的三个胚层(germ layer)的空间结构初步建立,同时细胞的命运也得以决定。当我们用Morpholino基团修饰的寡核苷酸(XTbx6Mo)阻断XTbx6在背方中胚层的功能,发现爪蟾胚胎的原肠运动受到破坏,表现出原肠运动延迟、胚胎脊柱裂的表型。通过检测中胚层标志基因的表达,我们发现XTbx6的功能缺失并没有改变中胚层的命运,而是使中胚层的汇聚伸展运动(convergent extension,CE)不能正常进行。进一步的动物极帽重聚实验和背方边缘带重聚实验表明XTbx6能够改变细胞的粘附特性并且使其向粘附能力变小的方向变化。于XPAPC(Xenopus Paraxial Protocadherin)的研究表明这个基因与诸如Frizzle7之类的信号分子发生相互作用,并且与包括原肠运动在内的发育事件中细胞的粘附有重要关系。XPAPC从表达模式到功能缺失实验的表型都是理想的候选XTbx6下游分子。我们通过针对XTbx6的功能缺失和获得实验均表明它对爪蟾胚胎发育早期XPAPC的表达负有重要调控作用。而在Keller Explant中的实验结果表明XPAPC能够部分地挽救XTbx6缺失所引起的汇聚伸展运动失败的表型。因此在原肠运动中XTbx6通过调控XPAPC的表达调控原肠运动。
沿着胚胎前后轴方向进行的模式构建(patterning)是在脊椎动物发育中基本的发育事件之一,头部和后方的构建是在不同的组织者(organizer)发出的信号调控下进行的,而Wnt和FGF信号通路已经被证明在后方模式构建(posterior patterning)中扮演重要的角色。当我们用Morpholino基团修饰的寡核苷酸(XTbx6Mo)阻断XTbx6在腹方中胚层的功能时,发现胚胎呈现后方发育遭到扰乱的表型。而当在异位表达XTbx6,可以诱导出一个异源的后方结构。我们发现在胚胎后方模式构建的过程中,XTbx6可以调控包括FGF8和XWnt8在内的一些在后方发育中扮演重要角色的基因的表达。这些数据表明XTbx6通过调节FGF和Wnt信号通路来参与胚胎后方模式构建。
Activin/nodal信号通路是β型转化生长因子信号通路(Tansforming Growth Factor-β,TGF-β)的一支,它在各种生物中之中非常保守,并且在中内胚层诱导、神经组织前后轴模式构建、胚胎左右不对称性建立以及原肠运动中都扮演重要角色。本文探讨了Activin/nodal信号通路在原肠运动中对XPAPC表达的调控。我们证明Activin/nodal信号通路对XPAPC在原肠运动早期的表达是必须的并且是足够的。进一步地,我们克隆了非洲爪蟾基因组中4.8K长度的XPAPC上游序列,并且通过转基因实验证明这段序列可以再现从原肠胚早期到尾芽期XPAPC的表达模式。通过转基因和染色质免疫共沉淀实验(ChIP),我们证明Activin/nodal信号通路通过XPAPC启动子上的一个Smad结合位点调控XPAPC的表达。我们还证明了经典Wnt信号通路在原肠运动早期通过activin/nodal信号通路来激活XPAPC的表达。